Акселерометр в ноутбуке: Для чего нужен акселерометр жесткого диска (G-сенсор, гироскоп) в ноутбуке?

Для чего нужен акселерометр жесткого диска (G-сенсор, гироскоп) в ноутбуке?

Сегодня при выборе ноутбука в технических характеристиках вы наверняка встретите такой параметр, как акселерометр жесткого диска (так же его часто называют G-сенсор). У непросвещенных покупателей сразу же возникает логичный вопрос: что это такое и для чего нужен акселерометр в ноутбуке?

Схема акселерометра и механического гороскопа

Попытаемся абстрагироваться от заумных фраз, которыми пестрит Википедия, и объясним суть работы устройства простым языком. Сформулировать определение можно следующим образом: акселерометр – это прибор, измеряющий ускорение объекта относительно гравитационного ускорения Земли. Например, если объект, в нашем случае ноутбук, начинает падение со стола на пол, акселерометр обнаруживает резкое ускорение, не типичное для нормальной работы, и включает защитные механизмы от повреждений.

Как известно, жесткие диски, хранящие данные на компьютерах, являются довольно хрупкими устройствами. При падении ноутбука или его сильном ударе повреждение жесткого диска весьма вероятно. Головка HDD-накопителя постоянно движется по секторам диска, считывая информацию. Реагируя на внезапное изменение ускорения, система управления винчестером отдает команду на парковку головки жесткого диска, предотвращая возможные повреждения и потерю данных.

Устройство жесткого магнитного диска

Акселерометры в видеорегистратарах
Акселерометры нашли свое применение и в автомобильных видеорегистраторах. G-сенсор определяет различные тревожные события (резкое торможение или ускорение, столкновение, резкие повороты). На основе полученных от G-сенсора сигналов видеорегистратор сохраняет видео в отдельный файл, который помечается специальным маркером, защищающим от случайного стирания и перезаписи.

Акселерометры в смартфонах
Бурное развитие мобильных технологий, удешевление производства и рост популярности смартфонов способствовали появлению акселерометров и гороскопов в различных мобильных устройствах. Например, при повороте смартфона или планшета благодаря G-сенсору экран также поворачивается. Так же появляются игры, использующие возможности встроенного акселерометра — в них в игровом процессе управление происходит с помощью наклона смартфона. Применяются данные технологии и в игровых консолях.

Ошибки акселерометра HP | Сервисный центр HP

Сталкиваясь ошибкой акселерометра на устройстве HP, переживать не стоит. Это не серьёзная проблема с драйвером, которую несложно устранить. Для восстановления нормальной работы существует несколько способов, каждый из которых будет рассмотрен далее.

Само по себе программное обеспечение акселерометра является частью системы HP 3D DriveGuard, которая защищает жесткий диск ноутбука во время падения. Регистрируя внезапное линейное ускорение, акселерометр отправляет накопителю команду прекратить все операции ввода-вывода и припарковать считывающую головку.

Обычно ошибка появляется после обновления Windows, особенно 10-й версии. В процессе установки обновлений могут повреждаться файлы драйвера или теряться совместимость.

Способы решения проблемы

Существует три способа избавления от ошибки:

1. Проверит наличие обновлений Windows.
2. Обновить установленный драйвер.
3. Удалить повреждённый и установить новый вручную.

Выполнение каждого из приведённых способов не займёт много времени, но один из наверняка поможет устранить проблему.

Обновление Windows

1. Нажмите Win+I для вызова окна настроек.
2. В меню выберите «Обновление и безопасность».
3. Откройте «Центр обновления Windows».
4. Выполните поиск обновлений при помощи соответствующей кнопки.
5. Начните установку, и дождитесь её завершения.
6. Компьютер перезагрузится и будет готов к дальнейшей работе.

Обновление существующего драйвера

1. Нажмите Win+R.
2. В окне «Выполнить» введите команду devmgmt.msc.
3. Откроется диспетчер устройств, в котором нужно найти HP 3D DriveGuard (или HP Mobile Data Protection Sensor).
4. Кликнуть по нему правой кнопкой и выбрать пункт «Обновить драйвер»
5. Дождитесь завершения процедуры, и перезагрузите компьютер.

Ручное удаление с переустановкой

Вполне вероятно, что два предыдущих способа с ошибкой не справятся. Тогда остаётся выполнить все необходимые операции по замене драйвера вручную. Для удаления драйвера подходит инструкция из предыдущего раздела, только вместо «Обновить» следует выбрать «Удалить».

После этого понадобится перезагрузить компьютер, а затем скачать и установить последнюю версию драйвера HP 3D DriveGuard. К примеру, с официального файлового хранилища HP. После этого останется только перезагрузить компьютер, после чего проблема будет устранена.

Accelerometer API для ноутбуков — CodeRoad

Большинство ноутбуков IBM (и некоторые ноутбуки Dell) имеют встроенные акселерометры, чтобы остановить любые движущиеся части во время внезапного падения, но я не смог найти стандартизированный Windows API для доступа к этим данным. Я предполагаю, что каждый производитель предоставит драйвер для взаимодействия с датчиком.

1. Какие популярные бренды ноутбуков стандартно поставляются с акселерометрами, доступными с API, и какие библиотеки я должен использовать для доступа к данным?
2. Существует ли API*, чтобы абстрагироваться от различий между различными производителями? Я знаю о Windows 7 Sensor API, но я хотел бы получить поддержку для XP и ранее.

windows

accelerometer

Поделиться

Источник

Petrus Theron    

30 мая 2010 в 17:54

2 ответа

3

Большинство авторитетных производителей ноутбуков имеют акселерометры для парковки головки жесткого диска, Если ноутбук случайно упал или резко ударился о другой объект (то есть при превышении определенного порога ускорения). Например, мой HP имеет свой «HP 3D DriveGuard». Однако эта технология встроена на низком уровне, она, кажется, работает, даже если OS не загружен, так что я предполагаю, что она находится в BIOS. Я полагаю, что это просто способ ACPI включить или отключить эту технологию. Таким образом, даже на Windows 7 со стандартизированным датчиком APIs он не доступен в качестве стандартного акселерометра, как в смартфоне. Может быть, в будущем, если этого потребует рынок (но я так не думаю).

Поделиться

lornova    

03 июня 2010 в 09:55

0

Это не сработает для всех производителей, но после долгих поисков (я сам хотел эту функцию) я нашел кого-то, кто написал оболочку драйвера для акселерометров в ноутбуках HP. Если ваш ноутбук поддерживает HP 3d DriveGuard или HP ProtectSmart, то этот драйвер должен позволить акселерометру появиться в списке датчиков Windows.

Протестировал его на моем ноутбуке HP, и он был установлен без сучка и задоринки. Пример программы работает, но она довольно медленно реагирует. Я не думаю, что это будет хорошо работать для высокоточных нужд (таких как игры), но это может сработать, если вам просто нужны более медленные данные ориентации.

Обратите внимание, что это работает, подвергая акселерометр воздействию датчиков Windows API. Датчики API обеспечивают стандартный метод доступа к любому типу датчиков независимо от фактического установленного оборудования. Более подробную информацию о сенсорной платформе Windows можно найти на MSDN .

Поделиться

nhinkle    

07 февраля 2012 в 04:55

Похожие вопросы:

Accelerometer API для windows mobile 6

Я пишу приложение для WIM 6, и одна из его функций-не обнаруживать никакого движения. Как я могу получить доступ к акселерометру телефона? есть ли какой-нибудь управляемый API, который обертывает…

Автоматическое создание страницы демонстрационного зала для python ноутбуков

Я хотел создать страницу демонстрационного зала для своих ноутбуков jupyter, используя инструмент непрерывной интеграции, такой как Travis . Прекрасный пример- страница shogun’s showroom , но я не…

В чем разница между использованием accelerometer&gyroscope и accelerometer&Magnetometer для поиска ориентации?

Используя accelerometer&gyroscope, чтобы найти ориентацию, нужно интегрировать гироскоп и использовать фильтр. Программа станет очень сложной. Я пытаюсь использовать этот метод, но не могу…

Алгоритм обнаружения прикосновений на сенсорных панелях ноутбуков?

Я ищу алгоритм, который используется в сенсорных панелях ноутбуков для управления указателем экрана. Это явно нетривиально, так как смещение указателя зависит от скорости и расстояния, пройденного…

css только для настольных компьютеров или ноутбуков, но не для браузеров ipad

Как я могу применить css только для настольных компьютеров и ноутбуков браузера, исключая ipad и мобильные браузеры? @media only screen and (min-width: 742px) and (max-width: 769px){ #element{. ..

Откройте ноутбук ipython на существующем сервере ноутбуков

Я ищу способ открыть файл ipynb на существующем сервере ноутбуков. В моем домашнем каталоге есть сервер ноутбуков, запущенный следующим образом: /home/myname$ ipython notebook И у меня есть записная…

Media запросов для ipad pro и ноутбуков

Как правильно обрабатывать запросы media для iPad Pro и нескольких ноутбуков? Так что обычно вы делаете это (min-device-width: 1024px) and (max-device-width: 1366px) для iPad pro. Однако при…

Как я могу использовать службу резервного копирования Azure для резервного копирования нескольких ноутбуков/настольных компьютеров

Я использовал службу резервного копирования Azure для резервного копирования одного ноутбука/рабочего стола поверх WAN. Однако что делать, если у меня есть 100 ноутбуков для резервного копирования….

Режим презентации для ноутбуков Google Colab

Есть ли режим презентации (например, Jupyter RISE) для ноутбуков Google Colab в браузере? Я ничего не смог найти в документации, FAQ и трекере проблем. Это одна из причин, почему я до сих пор…

Запуск нескольких ноутбуков Colab параллельно через Google Cloud?

Мне нужно сделать тонну обработки в colab, и это займет очень много времени для 1-3 ноутбуков, чтобы сделать все это. Можно ли заплатить за большее количество экземпляров colab, чтобы я мог…

Исправление проблемы с акселерометром на HP устройствах с системой Виндовс 10

Получаете ли вы ошибку акселерометра, запуская ваш планшет, ноутбук или ПК? Если да, не беспокойтесь, поскольку это небольшая проблема решается очень просто. Обычно предупреждающее сообщение отображается сразу за обновлением операционной системы. Особенно в версии ОС Виндовс 10. Это говорит о некорректном запуске драйвера. Повреждение файлов или устаревшее ПО — основные причины ошибки. В статье описаны способы исправления для рядового пользователя.

• Решение 1. Проверьте доступные обновления Windows.
• Решение 2. Обновите существующие драйверы.
• Решение 3. Удалите поврежденные драйверы и переустановите их самостоятельно.

Установка актуального ПО

• На клавиатуре ПК нажмите Win + I.
• Зайдите в раздел системных настроек и перейдите к пункту «Обновление и безопасность».

• Войдите в «Ошибки акселерометра HP».
• Слева находится раздел центра обновлений Виндовс. Проверьте пункты, ожидающие подтверждения.
• Примените все доступные следуя инструкция.
• Перезагрузите устройство.

Обновление установленных драйверов

• Нажмите в левом углу экрана на значок запуска Windows.
• В списке щелкните на элемент «Диспетчер устройств».
• Здесь найдите драйвер HP 3D DriveGuard.
• Нажмите на него и выберите «Обновить».

• Перезапустите систему Windows.

Мы настоятельно рекомендуем использовать приложения автоматической загрузки и обновления компьютера, если вы ни разу не обновляли драйвера самостоятельно. Это поддержит систему в безопасности от вредоносного ПО, вирусов и ошибок.

Удаление и чистая установка

• Обратитесь к диспетчеру устройств.
• Затем удалите HP 3D DriveGuard.
• Перейдите к панели управления.
• Переключитесь на категорию и в разделе программ нажмите «Удалить».
• Найдите программное обеспечение HP 3D DriveGuard и удалите.

Подсказка: для доступа к панели щелкните пр. кнопкой значок запуска Виндовс и выберите «Панель управления».

• Перезагрузите устройство.
• Скачайте на официальном сайте последнюю версию HP 3D DriveGuard.
• Затем установите ее, запустив исполняемый файл.
• Следуйте инструкциям на экране.

Надеемся, что один из этих методов помог вам устранить неполадку. Если этого не произошло, обратитесь в службу поддержки пользователей Майкрософт или к специалисту.

Ноутбук для развлекательных целей HP Pavilion dv6-6b55er

Высокая производительность. Широкие возможности для развлечений. Все необходимое для хранения, обмена и передачи любой информации. Возможности Оснащается подлинной ОС Windows 7 Домашняя расширенная и/или другими операционными системами Beats Audio™ (только на моделях с металлической отделкой) В сотрудничестве с Beats HP разработала аудиосистему, которая позволяет оценить качество настоящего студийного звука (только на моделях с металлической отделкой). Впечатляющий Интернет ПК HP оснащены браузером Windows Internet Explorer для веб-навигации. HP рекомендует Internet Explorer – лучший в мире браузер. HP CoolSense Благодаря использованию определенных материалов и продуманному размещению компонентов и вентиляционных отверстий HP удалось создать продукты, которые отличаются меньшим нагревом. Используете ли вы ноутбук дома, в офисе или в поездке, технология охлаждения HP CoolSense автоматически регулирует температуру для обеспечения оптимального уровня комфорта. Веб-камера HP TrueVision HD С веб-камерой HP TrueVision HD вы будете всегда выглядеть превосходно. Не важно, совершаете ли вы HD-видео звонок или записываете HD-видеоролик для размещения в своем блоге, можете не сомневаться: качество изображения будет на высочайшем уровне. HP ProtectSmart Если вы случайно уроните ноутбук, акселерометр HP ProtectSmart автоматически определит это и остановит жесткий диск, чтобы предотвратить повреждение и потерю ценных для вас файлов и данны. HP SimplePass с одноразовым паролем (только на моделях с металлической отделкой) Запоминает установленные вами пароли. HP SimplePass имеет простой в использовании интерфейс и сохраняет все ваши пароли в одном месте. Одноразовый пароль обеспечивает дополнительный уровень защиты (только на моделях с металлической отделкой). Технические Характеристики Системные функции Операционная система Подлинная Windows® 7 Домашняя базовая, 64-разрядная версия Процессор Intel® Core™ i7-2670QM (2,2 ГГц Кэш-память L3 6 МБ ) Чипсет Intel HM65 Express Память Стандартный объем памяти 4 ГБ DDR3 Разметка памяти (1 x 4 ГБ) Максимальный объем памяти С возможностью расширения до 8 ГБ DDR3 Слоты для памяти 2 доступных пользователю слота Хранение Описание жесткого диска 500 ГБ SATA (5400 об. /мин) Оптический дисковод SuperMulti DVD±R/RW с поддержкой двухслойной записи Графика Размер дисплея (диагональ) Дисплей высокой четкости BrightView диагональю 39,6 см (15,6″) со светодиодной подсветкой Разрешение экрана 1366 x 768 Графика AMD Radeon HD 6490M (1 ГБ выделенной памяти DDR5, до 2,97 ГБ) Дополнительные возможности Порты 1 порт VGA 1 порт HDMI 2 разъема для наушников 1 разъем для микрофона 2 порта USB 2.0 2 порта USB 3.0 1 порт RJ45 Слоты расширения Многоформатное устройство чтения карт памяти для карт Secure Digital и Multimedia Устройства ввода и мультимедиа Web-камера Веб-камера HP TrueVision HD со встроенным цифровым микрофоном (для слабого освещения) Функции обработки звука Превосходный звук Beats Audio Устройства ввода Указывающее устройство Сенсорная панель TouchPad с поддержкой технологии Multi-Touch и кнопкой включения/выключения Средства связи Сетевой интерфейс Встроенный 10/100/1000 Gigabit Ethernet LAN Беспроводное подключение 802.11 b/g/n Bluetooth Питание и условия эксплуатации Блок питания Блок питания переменного тока, 120 Вт Тип батареи 6-секционная литиево-ионная батарея (Li-Ion) Энергоэффективность Соответствие стандарту ENERGY STAR® EPEAT Silver® Размеры и вес Габариты (Ш x Г x В) 37,8 x 24,68 x 3,52 см (Габариты зависят от конфигурации ) Плотность Начальный вес 2,91 кг (Вес зависит от конфигурации ) Управление безопасностью Комплектация Гарантия 1 год, включая доставку, комплектующие и ремонт ПО в комплекте Symantec Norton Internet Security (обновление через 60 дней) Раздел для восстановления (включая возможность восстановления системы приложений и драйверов по отдельности) Дополнительное перераспределение раздела для восстановления Инструмент создания CD/DVD-диска для восстановления Справка и поддержка для ноутбуков HP Setup Manager HP Support Assistant HP Recovery Manager Cyberlink YouCam Windows Live Essentials игры HP, разработанные при поддержке WildTangent Adobe Reader Adobe Flash Player EasyBits Magic Desktop HP CoolSense, HP ProtectSmart HP SimplePass Microsoft® Office Starter: только Word и Excel® с ограниченной функциональностью и рекламой. Нет PowerPoint® и Outlook®. Купите Office 2010, чтобы использовать полнофункциональную версию программного обеспечения.

Как настроить противоугонную сигнализацию на ноутбуке Mac

Одной из известных особенностей iPhone является его акселерометр. Эта функция может определять, находится ли гаджет в горизонтальном или вертикальном положении. Первоначальное назначение этой функции — заставить телефон автоматически менять ориентацию экрана в соответствии с положением телефона.

Где-то на пути разработки программного обеспечения для iPhone Apple открыла свои двери и предложила программистам создавать приложения для iPhone. Люди начали создавать приложения (в основном игры), используя функцию акселерометра. Затем пользователи могут контролировать движения игрового персонажа, просто слегка наклоняя положение телефона.

Существуют и другие продукты Mac с похожими функциями, но затененные популярностью своих маленьких братьев и сестер, эта функция менее известна широкой публике.

Краткая история акселерометра

Технология акселерометра была впервые введена Apple в ее ноутбуках (iBooks и Powerbooks) примерно в марте 2005 года — задолго до первого «публичного появления» iPhone в январе 2007 года. Однако функция акселерометра на ноутбуках Apple носит другое название: датчик внезапного движения ( SMS).

Эта функция предназначена для защиты жесткого диска и всех данных внутри, благодаря автоматической блокировке жесткого диска, если он обнаруживает внезапное изменение физического положения — что-то вроде «сильно ударил», «упал», «брошен» и тому подобное. Вы поняли идею.

Теперь каждый ноутбук Mac (Macbook, Macbook Air и Macbook Pro) оснащен функцией SMS. Тем не менее, есть только несколько приложений, разработанных для использования этой функции. Большинство из них просто для удовольствия, некоторые даже совершенно бесполезны, но есть и приложения на основе SMS, которые действительно полезны.

Установка противоугонной сигнализации

Одной из самых распространенных проблем мобильных гаджетов, особенно таких, как Macbooks, является кража. Мобильность делает их легкой целью для кражи. Это правда, что единственный способ убедиться, что ваши гаджеты никогда не будут украдены, — это никогда не покупать их, но, как говорит мудрец, «немного защиты лучше, чем вообще никакой защиты».

Говоря о ноутбуках Mac, я обнаружил несколько похожих приложений на основе SMS, которые помогут вам предотвратить воровство, таких как: JackSMS, iAlertU, Lockdown и MultiAlarm (заброшенный, но все еще полезный).

Первый раз JackSMS открывается; он автоматически отобразит экран настроек. Здесь пользователи могут установить несколько вещей в соответствии со своими предпочтениями.

Некоторые из настроек:

• Независимо от того, запускать ли приложение автоматически при каждом входе в систему
• Независимо от того, чтобы установить звук каждый раз, когда приложение включено или выключено.
• Если пользователь использует Apple Remote Control, выберите, какую кнопку на Apple Remote Control использовать для активации / деактивации приложения.
• Настройте чувствительность SMS и продолжительность будильника.

Есть несколько специальных настроек, которые нужно применить при срабатывании будильника:

1. Отправьте мобильный текст. Применимо только для мобильных номеров США.

2. Отправьте по электронной почте фотографию, сделанную iSight, чтобы помочь вам идентифицировать вора.

В любое время, когда вам нужно перенастроить, настройки доступны через значок меню.

JackSMS также поставляется с образцами сценариев AppleScript и PhoneEvents для Salling Clicker и BluePhoneElite.

Это приложение будет идеально в качестве автоматической противоугонной сигнализации в сочетании с датчиком приближения.

В следующей части «Используй свой Mac SMS» мы рассмотрим некоторые игры и забавные приложения на основе SMS.

что это, как работает и зачем нужен в фитнес-браслете, часах и смартфоне

Практически в каждом описании характеристик современного смартфона, фитнес-браслета или умных часов можно встретить упоминание датчика под названием «акселерометр». Еще его могут называть «датчик ускорения» или  G-сенсор. Что это такое, как работает и зачем нужен в телефоне, часах или браслете, читайте далее.

Акселерометр: что это и зачем нужен?

Простым языком, акселерометр – это прибор, измеряющий ускорение (величину изменения скорости). Название прибора происходит от латинского «accelero», что дословно переводится, как «ускоряю» и греческого «metreō», что в переводе означает «измеряю».

Измерение величины динамического ускорения позволяет определить, насколько быстро и в каком направлении движется устройство с акселерометром. По конструктивному исполнению акселерометры подразделяются на однокомпонентные, двухкомпонентные, трёхкомпонентные (одноосевые, двух осевые и трехосевые). Например, 3-осевой датчик ускорения может определять величину и направление  ускорения как векторную величину во всех трех осях.

Часто этот датчик путают с гироскопом, но это совершенно разные датчики, хотя часто они взаимодополняют друг друга для достижения более точных результатов, а иногда даже могут выполнять одни и те же функции. Отличаются же эти датчики принципом работы и эффективностью при выполнении конкретной задачи.

В основном в устройствах акселерометр используется для определения ориентации, ударов, вибрации и ускорения координат. Например, в смартфонах именно акселерометр отвечает за переворот картинки при изменении положения корпуса, а фитнес-браслетах он активирует экран при вращении запястья.

Где применяется акселерометр?

Датчик ускорения применяется в самых различных сферах:

• Навигационные устройства летательных аппаратов. Без приборов на основе гироскопов и акселерометров не может обойтись ни один самолет, вертолет и даже квадрокоптер. Так, например, для работы квадрокоптера необходимо минимум три гироскопа.

• Автомобили. В автомобилях акселерометр интегрируется в системы безопасности и стабилизации. Прибор определяет экстренное торможение или дорожно-транспортное происшествие и запускает электрическую цепь, которая заставляет подушки безопасности срабатывать.

• Промышленность. Датчики активно используются в различных станках, агрегатах и производственных линиях в системах защиты для отключения питания в случае поломок или при достижении критических значений.

• Электроника. В компьютерах и ноутбуках акселерометр применяется для защиты жестких дисков от ударов и падений. В случае обнаружения падения прибор отдает команду считывающим головкам принять безопасное положение для избегания повреждения диска и потери данных.

• В смартфонах и планшетах акселерометр отвечает за смену ориентации экрана при повороте корпуса, а также за управление игровым процессом при наклонах гаджета. В фитнес-браслетах и часах акселерометр применяется для подсчета шагов, отслеживания сна и активации экрана поднятием запястья.

• Бытовая техника. Да, акселерометрами могут оснащаться даже стиральные машины, утюги и тепловентиляторы. Например, в утюгах акселерометр, обнаружив его падение, отключает питание, чтобы не допустить возникновения пожара.

Как работает акселерометр?

Большинство устройств оснащается емкостными, пьезорезистивными и пьезоэлектрическими приборами. Часто акселерометр представляет собой микроэлектромеханическую систему (MEMS), содержащую несколько компонентов, каждый размером от 1 до 100 микрометров. Размер же прибора обычно не превышает габариты спичечной головки.

Механический акселерометр

Объяснить принцип работы акселерометра проще на механическом приборе. Он состоит из пружины, прикрепленной к корпусу, подвижной массы и демпфера. Масса или, проще сказать, грузик, крепится к пружине. С обратной стороны грузик поддерживает демпфер, гасящий вибрации грузика. Во время ускорения корпуса пружина деформируется (растягивается или сжимается) по противоположным осям под воздействием грузика, стремящегося сохранить свое первоначальное положение, то есть отстать или опередить корпус. На величине деформации и основываются вычисления прибора.

Для получения информации о положении предмета в трехмерном пространстве используется три таких прибора, объединенных в один комплекс.

Конечно же, никто не будет «запихивать» в компактный фитнес-браслет или смартфон такую громоздкую конструкцию. Поэтому она заменяется миниатюрным чипом. Хотя чип и более сложный, чем прибор с шариком и пружиной, он имеет те же основные элементы.

У такого чипа имеется корпус, который крепится к часам или смартфону, «гребенчатая» секция с отведенными по сторонам пластинами и ряд фиксированных пластин, снимающих показания. Эта секция может перемещаться вперед и назад, изменяя значение напряженности поля вокруг контактов. Полученные данные передаются на обработку электроникой и программным обеспечением, после чего происходит вычисление физического расположения устройства.

Внутренняя работа акселерометра

Но самое интересное, как изготавливаются такие акселерометры. При толщине примерно 500 микрон ни один инструмент не сможет его создать. Вместо этого инженеры используют некоторые уникальные химические свойства кремния и силикона с другими веществами. Весь процесс изготовления полностью автоматизирован и выполняется на конвейерных линиях без участия человека.

Также понять как работает акселерометр поможет короткое видео ниже:

Чем отличается акселерометр от гироскопа?

Хотя в некоторых случаях гироскоп и акселерометр и могут выполнять одни и те же функции, это два абсолютно разных датчика, которые часто используются в паре для достижения максимального эффекта. Часто такой дуэт называют 6-осевым датчиком.

Акселерометр не умеет точно измерять угол поворота устройства в пространстве, а может лишь примерно его оценить. На практике это может выражаться в ложных срабатываниях и задумчивости в повороте экрана. И тут на помощь приходит гироскоп. Не вдаваясь в подробности о принципе работы данного прибора, скажем, что он может определять не только угол поворота устройства, но и скорость поворота, что, например, во время игры на смартфоне позволяет реализовать более быстрое и точное управление.

Иллюстрация работы механического гироскопа

Поэтому в большинстве устройств эти два прибора устанавливаются совместно для достижения наибольшей эффективности.

Акселерометр в фитнес-браслете и смарт-часах

В фитнес-браслетах и умных часах акселерометр отвечает за несколько функций. Обнаруживая поднятие или вращение руки, он отдает сигнал для включения экрана. Также именно акселерометр отвечает за подсчет шагов и мониторинг сна. На акселерометре «завязана» и работа функции «Умный будильник», который будит владельца гаджета в фазе быстрого сна.

Акселерометр в телефоне

Первый акселерометр появился в телефоне Nokia 5500. Там он использовался для подсчета пройденных шагов. Такое решение многим понравилось и с тех пор компания Apple стала оснащать таким датчиком все модели своих iPhone. А начиная с iPhone, если не ошибаюсь, четвертого поколения, в дополнение к акселерометру компания стала оснащать свои смартфоны гироскопом. После этого наличие этой пары датчиков стало стандартом для большинства производителей мобильных устройств.

Акселерометр в телефоне отвечает не только за поворот экрана при наклоне корпуса. Он так же как и в случае с фитнес-браслетом позволяет вести учет пройденного расстояния. Еще акселерометру нашли применение в системных жестах. Например, отключение звука телефона встряхиванием или переворотом смартфона вниз экраном.

Как откалибровать акселерометр?

В некоторых случаях может потребоваться настройка или калибровка акселерометра. Например, если телефон не реагирует на поворот корпуса или не точно считаются шаги. Для смартфонов под управлением операционной системы ANDROID для этих целей есть несколько сторонних приложений, например GPS Status & Toolbox. Для iPhone таких приложений нет, поэтому в случае сбоев придется ограничиться перезагрузкой устройства. Обычно это помогает.

Некоторые производители фитнес-браслетов и смарт-часов также позволяют откалибровать акселерометр. Точнее, не откалибровать, а «обучить» с помощью «Меток поведения», то есть помогая датчику более точно понимать, какое именно действие владелец гаджета выполняет в тот или иной момент. Такая возможность есть у владельцев популярной линейки Xiaomi Mi Band и ряда других моделей.

Источник изображений: YouTube , Wikipedia

Акселерометры

: что это такое и как они работают

Когда вы используете приложение компаса на своем смартфоне, оно каким-то образом знает, в каком направлении указывает телефон. С помощью приложений для наблюдения за звездами он каким-то образом знает, где на небе вы хотите правильно отображать созвездия. Смартфоны и другие мобильные технологии определяют свою ориентацию с помощью ускорителя, небольшого устройства, состоящего из осевого датчика движения.

Датчики движения в акселерометрах могут даже использоваться для обнаружения землетрясений и могут использоваться в медицинских устройствах, таких как бионические конечности и другие искусственные части тела.Некоторые устройства, являющиеся частью количественного определения собственного движения, используют акселерометры.

Акселерометр — это электромеханическое устройство, используемое для измерения силы ускорения. Такие силы могут быть статическими, например, непрерывная сила тяжести, или, как в случае со многими мобильными устройствами, динамическими для определения движения или вибрации.

Ускорение — это измерение изменения скорости или скорости, деленной на время. Например, автомобиль, разгоняющийся с места до 60 миль в час за шесть секунд, будет иметь ускорение 10 миль в час (60, разделенное на 6).

Назначение акселерометра

Применение акселерометров распространяется на множество дисциплин, как академических, так и ориентированных на потребителей. Например, акселерометры в ноутбуках защищают жесткие диски от повреждений. Если ноутбук внезапно упадет во время использования, акселерометр обнаружит это внезапное свободное падение и немедленно отключит жесткий диск, чтобы не ударить считывающими головками о пластину жесткого диска. Без этого они могли бы ударить и поцарапать пластину, что приведет к повреждению файлов и чтению.Акселерометры также используются в автомобилях в качестве отраслевого метода обнаружения автомобильных аварий и почти мгновенного срабатывания подушек безопасности.

В другом примере динамический акселерометр измеряет силу тяжести, чтобы определить угол наклона устройства по отношению к Земле. Оценивая ускорение, пользователи анализируют движение устройства.

Акселерометры позволяют пользователю лучше понять окружение предмета. С помощью этого небольшого устройства вы можете определить, движется ли объект вверх по склону, упадет ли он, если еще наклонится, летит ли он горизонтально или наклоняется вниз.Например, смартфоны поворачивают дисплей между портретным и альбомным режимами в зависимости от того, как вы наклоняете телефон.

Как они работают

Ускоритель выглядит как простая схема для более крупного электронного устройства. Несмотря на скромный внешний вид, акселерометр состоит из множества различных частей и работает по-разному, две из которых — пьезоэлектрический эффект и емкостной датчик. Пьезоэлектрический эффект является наиболее распространенной формой акселерометра и использует микроскопические кристаллические структуры, которые подвергаются напряжению из-за ускоряющих сил.Эти кристаллы создают напряжение из напряжения, и акселерометр интерпретирует напряжение, чтобы определить скорость и ориентацию.

Емкостной акселерометр определяет изменения емкости между микроструктурами, расположенными рядом с устройством. Если ускоряющая сила перемещает одну из этих структур, емкость изменится, и акселерометр преобразует эту емкость в напряжение для интерпретации.

Акселерометры состоят из множества различных компонентов и могут быть приобретены как отдельное устройство.Доступны аналоговые и цифровые дисплеи, хотя для большинства технологических устройств эти компоненты интегрированы в основную технологию и доступны с помощью управляющего программного обеспечения или операционной системы.

Типичные акселерометры состоят из нескольких осей, две для определения большинства двухмерных перемещений с возможностью третьей для трехмерного позиционирования. В большинстве смартфонов обычно используются трехосные модели, в то время как автомобили просто используют только две оси для определения момента удара. Чувствительность этих устройств довольно высока, поскольку они предназначены для измерения даже очень незначительных изменений ускорения. Чем более чувствителен акселерометр, тем легче он измеряет ускорение.

Акселерометры, которые активно используются во многих электронных устройствах в современном мире, также доступны для использования в индивидуальных проектах. Независимо от того, являетесь ли вы инженером или техническим специалистом, акселерометр играет очень активную роль в широком спектре функций. Во многих случаях вы можете не заметить наличие этого простого датчика, но есть вероятность, что вы уже используете устройство с ним.

Определение акселерометра | PCMag

Устройство, определяющее ускорение и наклон.Созданные с использованием технологии MEMS, акселерометры обнаруживают удары и срабатывают автомобильные подушки безопасности, а также втягивают головки чтения / записи жесткого диска при падении ноутбука. Цифровые камеры используют их в схемах стабилизации изображения. Они используются в стиральных машинах для обнаружения чрезмерной вибрации и в шагомерах для более точного измерения расстояния. Они также позволяют переключать портативный дисплей между портретным и альбомным режимами при повороте устройства.

Пружины, пузыри, емкость и кристаллы
В акселерометрах MEMS первоначально использовалась микроминиатюризированная пружина консольного типа, которая преобразовывала силу в измеряемое смещение.Последующие устройства MEMS используют нагретый газовый пузырек с термодатчиками, который функционирует как воздушный пузырек на строительном уровне (см. MEMS). В других типах акселерометров используются микроструктуры, которые изменяют свою емкость, или микроскопические кристаллы, которые генерируют напряжение при напряжении.

Акселерометры, гироскопы и магнитометры
Акселерометр измеряет изменение скорости и положения, тогда как гироскоп измеряет изменения вращения, а магнитометр измеряет направление компаса.Все три используются в «инерциальном измерительном блоке» (IMU) в самолетах, космических кораблях и спутниках, а в мобильных устройствах используются акселерометры и магнитометры.

Двухосевой тепловой акселерометр

Этот прибор MEMS работает как воздушный пузырь на строительном уровне. Квадрат посередине микросхемы — резистор, который нагревает пузырек газа. Когда устройство наклоняется или ускоряется, окружающие тепловые пары определяют местоположение пузыря. (Изображение любезно предоставлено компанией MEMSIC, Inc.)

Уровень iPhone

Благодаря встроенному акселерометру смартфоны можно превратить в цифровой уровень с такими приложениями, как это от PosiMotion.

Microfabrica Accelerometer

Устройство с С-образными крыльями внизу слева представляет собой акселерометр. Система EFAB от Microfabrica, создававшая по одному металлическому слою, была первым процессом литейного производства МЭМС, который быстро превратил файлы CAD клиентов в микромашины. (Изображение любезно предоставлено Microfabrica Inc., www.microfabrica.com)

Выбор подходящего датчика — Блог разработчиков Windows

Датчики, доступные для приложений Магазина Windows, предлагают мощный способ оживить функциональность вашего приложения. Датчики позволяют вашему приложению знать отношения между устройством и физическим миром вокруг него; направление, ориентация и движение в этих сферах. Эти датчики могут помочь сделать вашу игру, приложение дополненной реальности или служебное приложение более полезным и интерактивным, предоставляя уникальную форму ввода.Например, вы можете использовать движение планшета, чтобы расположить символы на экране или имитировать, как пользователь находится в кабине, используя устройство в качестве рулевого колеса.

В этой записи блога я рассмотрю поддерживаемые датчики и предложу несколько советов по их наилучшему использованию. Хотя два разных датчика могут частично совпадать в данных, которые они предоставляют, один конкретный датчик обычно превосходит другой по полезности и эффективности. Для видеообзора посмотрите это видео о датчиках:

Ваш браузер не поддерживает видео в формате HTML5.
Загрузите это видео, чтобы просмотреть его в своем любимом медиаплеере:
MP4 высокого качества | MP4 низкого качества

Дополнительную информацию о датчиках см. В сообщении блога «Выравнивание датчиков по ориентации вашего приложения».

Сценарии для разных датчиков

Как правило, решите с самого начала, будет ли ваше приложение зависеть исключительно от датчиков или датчики будут просто предлагать дополнительный механизм управления для вашего приложения. Например, автомобильной игрой, использующей планшет в качестве виртуального рулевого колеса, можно альтернативно управлять через экранный графический интерфейс — таким образом, приложение работает независимо от датчиков, доступных в системе.С другой стороны, мраморный лабиринт с наклоном можно закодировать так, чтобы он работал только с системами, имеющими соответствующие датчики. Вы должны сделать стратегический выбор: полностью полагаться на датчики или нет. Обратите внимание, что в схеме управления с помощью мыши и сенсорного управления вместо погружения используется больший контроль. Обязательно укажите в описании вашего приложения, если датчики абсолютно необходимы для его использования, иначе вы можете получить отрицательные отзывы от рецензентов, которые приобрели ваше приложение, но не смогли его использовать.

Акселерометр

Акселерометры

измеряют значения G-силы по осям X, Y и Z устройства и отлично подходят для простых приложений, связанных с движением.Обратите внимание, что «значения G-силы» включают ускорение свободного падения; если устройство FaceUp (см. Простая ориентация) на столе, акселерометр будет показывать -1 G по оси Z. Таким образом, акселерометры не обязательно измеряют «координатное ускорение» — скорость изменения скорости. При использовании акселерометра убедитесь, что вы знаете, что такое вектор гравитации по гравитации и вектор линейного ускорения по движению. Обратите внимание, что гравитационный вектор должен быть нормализован до 1 для неподвижного планшета.

На этой диаграмме вы можете увидеть, как акселерометр может напоминать груз, подвешенный на пружине:

На этой диаграмме вы видите, что:

• V1 = вектор 1 = сила тяжести
• V2 = Вектор 2 = -Z ось шасси устройства (указывает за пределы экрана)
• Θ _i = Угол наклона (наклон) = угол между осью –Z шасси устройства и вектором силы тяжести

Пример 1. Игра, в которой шарик на экране катится в направлении, в котором вы наклоняете устройство (гравитационный вектор).Этот тип функциональных возможностей очень похож на инклинометр и может быть реализован с этим датчиком, используя комбинацию тангажа и крена. Использование вектора силы тяжести акселерометра несколько упрощает это, предоставляя легко математически управляемый вектор для наклона устройства.

Скриншот из образца Marble Maze.

Пример 2: приложение, которое издает щелкающий звук кнута, когда пользователь проводит устройством по воздуху (вектор линейного ускорения).

Гирометр

Гирометры или гироскопы измеряют угловые скорости по осям X, Y и Z. Они очень полезны в простых приложениях на основе движения, которые не заботятся об ориентации устройства, но заботятся о том, чтобы устройство вращалось с разной скоростью. Гирометры могут страдать от шума в данных и / или постоянного смещения по одной или нескольким осям. Рекомендуется запросить акселерометр, чтобы проверить, движется ли устройство, и определить, страдает ли гироскоп от смещения. Затем вы можете компенсировать это в своем приложении.

Показывает соотношение координат устройства для гирометра.

Пример: приложение, которое вращает колесо рулетки на основе быстрого рывка планшета.

Компас

Датчик компаса возвращает двумерный курс относительно магнитного севера на основе горизонтальной плоскости земли. Этот датчик идеально подходит для приложений, которым требуется направление, в котором смотрит пользователь, и которые могут захотеть нарисовать в приложении розу или стрелку компаса.Однако мы не рекомендуем использовать его для определения конкретной ориентации устройства или для представления чего-либо в трехмерном пространстве. Географические особенности могут вызывать естественное склонение в заголовке, поэтому некоторые системы поддерживают как «магнитный север», так и «истинный север». Подумайте, какой из них предпочитает ваше приложение, но помните, что не все системы сообщают значение «истинного севера». Гирометр и магнитометр (устройство, измеряющее величину магнитной напряженности) объединяют свои данные для создания направления по компасу, что в конечном итоге приводит к стабилизации данных (напряженность магнитного поля очень нестабильна из-за компонентов электрической системы).

Это демонстрирует разницу между магнитным севером и истинным севером.

Пример: приложение, которое хочет отобразить компас или навигатор по карте.

Инклинометр

Инклинометры определяют значения рыскания, тангажа и крена устройства и лучше всего работают с приложениями, которые заботятся о расположении устройства в пространстве, заданном в традиционных значениях рыскания, тангажа и крена. Мы получаем эти данные для тангажа и крена, взяв вектор силы тяжести акселерометра и интегрировав данные с гирометра.Устанавливаем рыскание по магнитометру и гирометру (аналогично направлению по компасу). Уклинометры предлагают расширенные данные об ориентации в легко усваиваемой и понятной форме. Используйте инклинометры, когда вам нужна ориентация устройства, но не нужно манипулировать данными датчика.

На этом изображении показаны диапазоны значений инклинометра.

Пример: приложение, которое изменяет вид в соответствии с ориентацией устройства или рисует самолет с такими же значениями рыскания, тангажа и крена, что и устройство.

Ориентация

Ориентация устройства выражается через кватернион и матрицу вращения. Этот датчик обеспечивает высокую точность определения положения устройства в пространстве по отношению к абсолютному курсу, полученному с помощью акселерометра, гирометра и магнитометра.

Таким образом, датчики инклинометра и компаса могут быть получены из значений кватерниона. Кватернионы и матрицы вращения хорошо подходят для сложных математических манипуляций и часто используются в графическом программировании.Приложения, использующие сложные манипуляции, должны отдавать предпочтение датчику ориентации, поскольку многие преобразования основаны на кватернионах и матрицах вращения.

Пример. Усовершенствованное приложение дополненной реальности, которое накладывает отпечаток на ваше окружение в зависимости от направления задней панели планшета.

Простая ориентация устройства

Этот датчик определяет текущую ориентацию квадранта указанного устройства или, если оно расположено лицевой стороной вверх или вниз, всего для шести возможных состояний (NotRotated, Rotated90, Rotated180, Rotated270, FaceUp, FaceDown).

Пример: приложение для чтения, которое меняет свое отображение в зависимости от положения устройства параллельно или перпендикулярно земле.

Использование нескольких датчиков в одном приложении

Имейте в виду, что вы не ограничены одним датчиком для своего приложения. Простой датчик ориентации хорошо сочетается с другими датчиками, если вы хотите иметь два разных типа обзора или какое-либо другое изменение в функциональности. Инклинометр отлично сочетается с гирометром; обе используют одну и ту же систему координат, одна из которых представляет положение, а другая скорость.

Имейте в виду, что каждый раз, когда вы используете термоядерный датчик, вы технически используете несколько датчиков — термоядерные датчики (компас, инклинометр, ориентация) объединяют и синтезируют данные с физических датчиков (акселерометр, гирометр и магнитометр). Вот почему мы настоятельно рекомендуем использовать один из датчиков слияния, а не использовать акселерометр и гирометр для создания датчика псевдослияния или какой-либо схемы управления. Мы уже проделали за вас тяжелую работу!

Завершение

Широкий спектр датчиков, поддерживаемых приложениями Магазина Windows для Windows 8.1 предлагает вам множество возможностей сделать ваши приложения более интерактивными. Убедитесь, что вы выбрали датчик внимательно и по правильным причинам. Следуя рекомендациям, изложенным в этом сообщении в блоге, ваше приложение сможет работать элегантно и работать должным образом.

— Брайан Роквелл, менеджер программы датчиков в Windows

Что делает акселерометр?

Что такое акселерометр?

Если слово «акселерометр» звучит для вас знакомо, это может быть связано с тем, что у вас, скорее всего, есть мобильный телефон, в котором он есть.Но что такое акселерометр?

Определение акселерометра

Акселерометр — это датчик, который может обнаруживать движение, чтобы помочь устройству, например вашему телефону, определить, когда вы тренируетесь, сколько шагов вы сделали, и держите ли вы его в альбомном или портретном режиме, среди прочего. другие вещи. Акселерометры используются во многих потребительских приложениях. На жестком диске вашего ноутбука, вероятно, есть акселерометр для определения свободного падения при падении, чтобы можно было безопасно поставить головки чтения / записи до того, как они упадут на пол.Акселерометры также широко используются в правительственных, промышленных, коммерческих и транспортных приложениях, включая GPS-слежение за автопарком и морские перевозки.

В Lytx мы более 20 лет используем данные акселерометров, чтобы помочь компаниям получить представление о своих транспортных средствах и водителях, поэтому мы понимаем все тонкости этой технологии. Вот краткий обзор основ:

Что делает акселерометр?

Акселерометры измеряют ускорение, что на практике означает изменение скорости или направления.Это могут быть неровности и вибрации, резкое увеличение или уменьшение скорости, например резкое ускорение или торможение транспортного средства, силы, которые могут указывать на слишком быстрый поворот, или сильные удары.

Существует много типов акселерометров, основанных на многочисленных технологиях. Самыми простыми из них являются одноосные акселерометры, которые могут обнаруживать изменения скорости, происходящие в одном измерении. Например, одноосный акселерометр, установленный в локомотиве, может обнаруживать изменения скорости поезда.Измерение поперечной или вертикальной силы может быть неинтересно, поскольку характеристики пути известны.

Но для чего нужен акселерометр в мобильных устройствах? Самые универсальные акселерометры, такие как акселерометр в схемах телефона или планшета, измеряют в трех направлениях. Трехосевой акселерометр в смартфонах может предоставить подробную информацию о движении объекта в пространстве, используя комбинацию данных по трем осям для расчета и измерения ускорения в любом направлении.

Обычно датчик акселерометра содержит известную амортизированную массу, удерживаемую на месте такими элементами, как пружины, которые измеряют движение массы относительно устройства. Прогиб пружин измеряется с помощью пьезоэлектрического напряжения, емкости или оптических средств. Чем выше измеренное значение, тем больше отклонение массы и, следовательно, выше обнаруженное ускорение.

Акселерометр также может определять ориентацию устройства, телефона или автомобиля.Обнаруживая изменения в направлении падения веса, многоосные акселерометры отслеживают направление, в котором тянется сила тяжести, что, конечно же, показывает, в каком направлении идет вниз.

Что измеряет акселерометр?

Обнаруживая напряжения, возникающие в результате отклонений элементов, удерживающих известную массу, акселерометр измеряет положение и перемещение устройства или актива. С помощью встроенного акселерометра вы можете измерять удары, вибрацию или внезапные изменения скорости, которые могут указывать на опасную работу, повреждение или другие потенциальные проблемы.Эти данные могут быть особенно полезны в сочетании с информацией от других датчиков, таких как GPS.

Как акселерометр используется в автопарках?

Компании используют технологии управления автопарком, чтобы понять, где находятся автомобили, получить представление о безопасности и многое другое. В приложениях для транспортных средств, таких как телематика, информация от GPS и акселерометра может быть объединена с видеопотоками и данными с компьютера двигателя, чтобы обеспечить дополнительный контекст и понимание действий водителя на дороге.Акселерометр — это лишь один из многих датчиков, которые используются в системах видеотелематики для сбора важных данных об автомобиле. Эти системы могут включать в себя многоосные акселерометры для определения скорости, ускорения и замедления, гироскопы для определения вращения и ориентации и GPS для определения местоположения.

В случае столкновения или близкого к нему столкновения данные акселерометра могут показать, с какой скоростью двигался водитель или двигался ли водитель, когда он должен был быть остановлен, чтобы лучше понять, что произошло до инцидента. Эта информация может предоставить столь необходимые доказательства, и все вовлеченные стороны экономят деньги, быстрее обнаруживая неисправность.

Когда ничего не происходит, данные акселерометра по-прежнему важны как часть более широкой картины, которая может помочь водителям определить свои сильные навыки и области, в которых они могут быть улучшены, помогая постоянно повышать безопасность. Данные акселерометра могут использоваться в сочетании с машинным зрением и искусственным интеллектом (MV + AI) для обнаружения рискованного поведения, о котором водитель может даже не подозревать.

Возьмем, к примеру, «спусковой механизм непрерывного останова» Lytx. Если водитель проезжает через знак остановки, объектив камеры использует машинное зрение, чтобы определить, что впереди был знак остановки, а акселерометр сообщает ИИ, что водитель никогда не останавливался. Затем технология MV + AI может пометить этот момент как опасное событие. Такой уровень понимания происходящего на дороге помогает водителям больше узнать о своих привычках и научиться совершенствовать свои навыки.

Даже лучшие водители могут извлечь выгоду из дополнительной информации, предоставляемой акселерометром.Например, данные акселерометра в сочетании с MV + AI могут определить, что внешне рискованное поведение на самом деле было маневром уклонения, или могут помочь предупредить менеджера автопарка о том, что водителю нужна помощь.

Воспользуйтесь данными акселерометра с Lytx

Акселерометр — важная часть полной системы видеотелематики для приложений автопарка, которые используют данные акселерометра для запуска видеосъемки инцидентов и событий, происходящих на дороге.

MV + AI предоставляет дополнительный контекст, дополняя данные акселерометра и работая над обнаружением и выявлением рискованного поведения до того, как произойдет инцидент.Захват видео дает менеджерам автопарка возможность видеть, что происходит в транспортных средствах парка, в режиме реального времени или просматривать события позже. С помощью систем видеотелематики Lytx вы можете получить доступ к исчерпывающей информации в реальном времени о своем автопарке и водителях через высокоскоростные беспроводные или сотовые сети.

Чтобы узнать больше о том, как Lytx может дать представление о вашем парке, запланируйте демонстрацию.

Физическое моделирование: акселерометр

Заметки:

Accelerometer Interactive — это файл регулируемого размера, который хорошо отображается на смартфонах, планшетах, таких как iPad, Chromebook, а также на ноутбуках и настольных компьютерах.Interactive не будет работать на устройствах, не оснащенных встроенным акселерометром. Он будет бесполезен на настольных компьютерах и большинстве портативных компьютеров. Он будет отличаться на iPad, iPhone и других мобильных устройствах с акселерометрами

.

Идеи и предложения для учителей:

Это интерактивное приложение можно использовать в любое время в течение курса. Его функция — построить график ускорения как функции времени. Среднее значение и максимальное значение для заданного периода времени идентифицируются на экране.Этот интерактивный инструмент служит инструментом для измерения ускорения. Независимо от того, качается ли он вперед и назад, движется вместе с человеком или привязан (конечно, надежно) к движущейся тележке, Accelerometer Interactive может найти множество применений в кинематическом блоке, а также в других блоках в курсе физики.

Инструкторам рекомендуется предупреждать своих учеников об опасности прикрепления мобильного устройства к движущемуся объекту. Интерактивный акселерометр, безусловно, подойдет. Мобильное устройство, на котором он установлен, может перестать работать после завершения эксперимента.Здравый смысл — лекарство от таких возможных проблем.

Связанные ресурсы

На веб-сайте Physics Classroom есть множество ресурсов, которые служат в качестве дополнительной поддержки для Graphs и Ramps Interactive. К ним относятся:

• Чтение:
  Урок 1 главы 1D Kinematics учебного пособия является прекрасным дополнением к этому интерактиву. Следующая страница будет особенно полезна на ранних этапах цикла обучения кинематике:

  Ускорение

• Учебный план / практика: несколько рабочих листов по разработке концепции в Уголке учебной программы будут очень полезны для помощи студентам в развитии их понимания, в первую очередь…

  Разгон
  Описание движения с помощью графиков скорость-время
  Графическое описание движения

  Посетите уголок учебной программы.

• Лабораторная работа:
  Моделирование всегда должно поддерживать (никогда не подменять) практическое обучение. Раздел «Лаборатория» на веб-сайте Physics Classroom включает в себя несколько практических идей, дополняющих этот интерактив. Две известные лабораторные идеи включают …

  Лаборатория графиков скорости-времени
  Match That Graph Lab

  Посетите лабораторию.

Дополнительные ресурсы и идеи по включению этого интерактивного материала в учебный блок по кинематике или другим темам можно найти в разделе «Инструменты для учителя» на веб-сайте Physics Classroom. Посетите «Инструменты учителя».

Кредиты

Класс физики хотел бы выразить особую благодарность Nerd Island Studios за создание этого интерактивного HTML5 и за его вклад в нашу коллекцию.. Посетите http://www.nerdislandstudios.com, чтобы увидеть больше замечательных материалов от Nerd Island Studios.

Акселерометр

— обзор | Темы ScienceDirect

11.3.3 Инерциальные датчики (акселерометры и гироскопы)

Акселерометры — это инструменты, используемые для измерения скорости изменения ускорения. Акселерометры на основе MEMS были одними из первых продуктов MEMS, которые нашли успешную коммерциализацию (Wu et al., 2004). Акселерометры MEMS являются критически важными компонентами в автомобильных датчиках столкновения, которые активируют подушки безопасности.Физический механизм, лежащий в основе акселерометров MEMS, может быть емкостным, пьезорезистивным, пьезоэлектрическим, оптическим, электромагнитным или одним из многих других. Однако емкостные акселерометры являются наиболее успешным и популярным механизмом в области МЭМС из-за относительно простой конструкции и пассивной работы.

Емкостные МЭМС-устройства имеют несколько привлекательных особенностей. Конденсаторы можно использовать как в качестве датчиков, так и в качестве исполнительных механизмов, сохраняя при этом отличную чувствительность и управление обратной связью.Чувствительность, основанная на изменении емкости, нечувствительна к колебаниям температуры (Eatony and Smith, 1997). Емкостное зондирование не зависит от основного материала и основывается на изменении емкости при изменении геометрии конденсатора. Основное уравнение для определения емкости имеет следующий вид:

[11.1] C = εoεAd

, где ε _o и ε — диэлектрическая проницаемость свободного пространства и диэлектрическая проницаемость материала между двумя параллельными пластинами. , соответственно, A, — это площадь поперечного сечения, а d, — это расстояние между двумя параллельными пластинами.Определение ускорения по существу основано на изменениях d или A. В типичном МЭМС-акселерометре используется подвижная контрольная масса с пластинами, прикрепленная через систему механической подвески к системе отсчета, как показано на рис. 11.5 (Кришнамурти и др. др., 2008).

11,5. Оптический ближнепольный резонансный датчик смещения акселерометра MEMS на основе вертикально уложенных субволновых нанорешеток. Нано-решетки прикреплены к электростатическим приводам для управления их движением и определения их чувствительности к перемещению.

Акселерометры MEMS теперь находят применение в персональной электронике, такой как мобильные телефоны, ноутбуки и игровые устройства. Акселерометры MEMS также нашли широкое применение в сейсмологии для количественной оценки интенсивности землетрясений (Chen et al., 2005).

Гироскопы — это устройства, которые измеряют угловую скорость, и эта информация часто затем обрабатывается для определения ориентации. В системе с замкнутым контуром эта информация может использоваться в контуре обратной связи для поддержания желаемой ориентации, например, на платформе стабилизации (Schiff, 1960).Гироскопы работают по принципу сохранения углового момента. Первые гироскопы были механическими вращающимися колесами с осью, которая могла свободно менять ориентацию. Существуют гироскопы, основанные на других принципах работы, такие как гироскопы с вибрационной скоростью, твердотельные лазерные гироскопы, волоконно-оптические гироскопы и квантовые гироскопы.

Гироскопы находят применение в повседневной деятельности и являются важными компонентами многих устройств. Гироскопы являются важным компонентом вспомогательного навигационного оборудования на самолетах и ​​кораблях, где они используются в стабилизаторах для поддержания равновесия во время движения (Dean et al., 2005). Гироскопы также используются в автомобилях для контроля стабилизации, антиблокировочных тормозных систем и активации каркасов безопасности (Sassen et al., 2000). Знаменитый космический телескоп Хаббла также использует три гироскопа, которые постоянно меняют ориентацию для наблюдения за небесными телами. В последнее время гироскопы нашли широкое применение в мобильных телефонах и устройствах виртуальной реальности для игр, что расширило их функциональность сверх ожиданий (Lane et al., 2010).

МЭМС-гироскопы представляют собой микрочипы в электронной упаковке, которые используют резонансные свойства колеблющейся структуры.Чтобы максимизировать силы Кориолиса, можно заставить конструкции вибрировать, а движение, вызванное силами Кориолиса, можно измерить и связать с угловым вращением. Гироскопы MEMS могут быть сконструированы как двумерные (2D) структуры, такие как камертоны, вращающиеся колеса, вибрационные структуры или осесимметричные структуры, такие как кольца или диски. Используется целый ряд функциональных материалов, а конструкции спроектированы таким образом, чтобы их можно было изготавливать с использованием стандартных методов микрообработки МЭМС (Xie and Fedder, 2003).Иногда гироскопы MEMS интегрируются с акселерометрами MEMS для получения данных для всех шести степеней свободы.

В человеческом теле анатомическая система, аналогичная гироскопу и акселерометру, представляет собой вестибулярный орган во внутреннем ухе, который отвечает за предоставление в мозг информации о движении и ориентации тела (Weinberg et al. , 2006). Вестибулярный аппарат состоит из трех полукруглых каналов, матрикса и мешочка. Полукруглые каналы отвечают за вращательные движения головы, а мешочек и матка — за линейные движения.Сенсорные волосковые клетки, присутствующие в трех органах внутреннего уха, посылают импульсы через пучок вестибулярных нервов в мозг, где информация о движении головы объединяется и интерпретируется. Вестибулярная система внутреннего уха сигнализирует о самодвижении, что помогает стабилизировать зрение во время движения. Эти сигналы также позволяют нам ориентироваться по отношению к нашему окружению, что помогает нам стоять и ходить.

Потеря равновесия из-за сбоя вестибулярной системы в организме человека может быть серьезной проблемой.Это наблюдается преимущественно у пожилых людей, которые подвержены риску падения; Восстановление после падения также сложнее у пожилых людей из-за ухудшения заживления, связанного с возрастом. Нарушение вестибулярной системы также наблюдается у пациентов с тяжелыми травмами и травмами головы и шеи.

Для имплантируемых медицинских устройств, гироскопы MEMS и акселерометры могут использоваться в качестве вестибулярного протезного устройства для замены поврежденного вестибулярного органа. Несколько исследовательских групп работают над созданием имплантируемых гироскопов MEMS и акселерометров.Weinberg et al. (2006) представили полностью имплантируемое устройство MEMS, в котором используются три гироскопа и три акселерометра, обеспечивающие данные в реальном времени о шести степенях движения. Узел датчика инструмента включает в себя считывающую электронику, дигитайзеры и механизм пузырькового уровня для выравнивания инструментов по естественной или удобной вертикали пациента. Три имеющихся в продаже акселерометра (Analog Devices, Массачусетс, США) имели хорошую стабильность с точки зрения термической чувствительности (3 миллигравита (мг) на ° C) и шума (0.23 м ГГц). Три гироскопа от Silicon Sensing Systems (Плимут, Великобритания) имели тепловую чувствительность 650 град / ч / ° C и шум при 470 град / ч√Гц. Были успешно разработаны алгоритмы определения наклона и преобразования данных в соответствующие электрические импульсы. Носимый вестибулярный протез показал себя многообещающим как инструмент для лабораторных испытаний, так и, в конечном итоге, как реабилитационный протез. До сих пор наиболее значимые результаты были получены в стандартных клинических тестах, в которых испытуемые с нарушением равновесия были лишены зрения и проприоцептивных сигналов.В одноосных тестах испытуемые с нарушением равновесия, которые упали без помощи, могли стоять с протезом.

Shkel и Zeng (2006) разработали прототип MEMS-кохлеарного и вестибулярного протезного устройства, которое может точно определять движение и передавать сигналы в центральную нервную систему, имитируя динамическую вестибулярную функцию. Устройство включает в себя три основных функциональных блока — чувствительный элемент, генератор импульсов и стимулятор. В чувствительном блоке используется одноосный гироскоп MEMS с форм-фактором 2 мм × 2 мм.Потребляемая мощность для привода гироскопа составляет около 10 мВт, что сопоставимо с коммерчески доступными гироскопами (Murata и Analog Devices Inc.). Однако улучшенная конструкция схемы и протоколы управления питанием должны помочь реализовать потребляемую мощность в диапазоне мкВт, что сделает его пригодным для долгосрочной имплантации и использования. Схема генератора управляет контрольной массой, которая является активным компонентом датчика. При вращении с угловой скоростью на контрольную массу действует сила Кориолиса.Результирующая сила Кориолиса перпендикулярна как входной скорости, так и мгновенной радиальной скорости в направлении движения. Эта сила вызывает движение контрольной массы в направлении, перпендикулярном ее начальному колебанию. Отклонение пропорционально угловой скорости. Сигналы напряжения генерируются пропорционально угловому ускорению головы. Соответствующие алгоритмы обрабатывают сигнал входного напряжения и генерируют импульсы тока, которые стимулируют вестибулярные нейроны. Предложенный имплантируемый вестибулярный протез MEMS, хотя он все еще находится на начальной стадии реализации, показал многообещающие предварительные результаты и в настоящее время исследуется на моделях на животных (Zurcher et al., 2007).

Как работают акселерометры | Виды акселерометров

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 8 октября 2020 г.

Хотите знать, как быстро едет ваша машина? Это просто — взгляните на спидометр! Скорость
удобное измерение, показывающее, как быстро вы можете получить
из одного места в другое. Максимальная скорость автомобиля, как правило, является хорошим показателем того, насколько мощный
двигатель это
есть, но при условии, что все соблюдают ограничение скорости, максимум
скорости — это просто цифры на бумаге — они никому не нужны или почти бесполезны.

Ускорение намного интереснее скорости и полезнее, если вам нужно избежать опасности за рулем: это
как быстро что-то может ускоряться или замедляться. Измерение ускорения немного
сложнее, чем измерение скорости, потому что для этого нужно выяснить, как
скорость меняется с течением времени. Как вы измеряете
ускорение? Неудивительно, что с устройством под названием
акселерометр . Давным-давно вы бы нашли такие гаджеты
только в космических ракетах или гигантских реактивных самолетах; теперь они практически в каждом
автомобиль, многие портативные компьютеры и всевозможные гаджеты, такие как
iPod, iPhone и Nintendo Wii.Давайте подробнее разберемся, что они собой представляют, какие
они делают, и как они работают!

Фото: Сюда! Как ваш мобильный телефон узнает, в каком направлении повернуть дисплей? Все это делается с помощью акселерометров, спрятанных внутри корпуса.

Для чего используются акселерометры?

Фото: Аппарат ракетостроения? Акселерометр, разработанный Honeywell в 1980-х годах для использования на космических кораблях. Фото любезно предоставлено космическим центром NASA Johnson Space Center (NASA-JSC).

Акселерометры — это в буквальном смысле слова ракетостроение! Установлен в космическом корабле,
это удобный способ измерить не только изменение скорости ракеты, но и
также апогей (когда корабль находится на максимальном удалении от Земли или
другая масса, поэтому ее ускорение из-за силы тяжести минимально) и ориентация (потому что наклон чего-то меняет то, как на него действует гравитация, и силу, которую оно ощущает). Акселерометры бывают
также широко используется в инерциальной навигации и системах наведения
в таких вещах, как автопилоты самолетов и кораблей.Еще одно очень распространенное применение на транспорте — автомобильные подушки безопасности: когда акселерометр обнаруживает резкое изменение скорости автомобиля, сигнализирующее о неизбежном столкновении, он запускает электрическую цепь, которая заставляет подушки безопасности срабатывать.

Фото: набор акселерометров, используемых для испытаний ветряных турбин.
Фото Дэвида Парсонса любезно предоставлено Министерством энергетики США / Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии (US DOE / NREL).

Если у вас современный мобильный телефон,
MP3-плеер или портативный
игровая консоль, вероятно, в нее встроен акселерометр, поэтому она
может почувствовать, когда вы наклоняете его из стороны в сторону.Вот как iPhone или iPod
Touch автоматически определяет, когда нужно переключить раскладку экрана с книжной на альбомную.
Многие игры и «приложения», разработанные для гаджетов, таких как iPhone, работают, определяя, насколько сильно или быстро
вы перемещаете или встряхиваете корпус с помощью крошечных микросхем акселерометра внутри.

Вы будете удивлены, узнав, для чего используются акселерометры.
Знаете ли вы, например, что высокотехнологичный
стиральные машины
есть акселерометры, которые могут определять, когда нагрузка выходит из равновесия
и выключить электродвигатель, чтобы они не разлетались на части?
Или что нагревательные приборы, такие как электронные утюги и тепловентиляторы, имеют внутри акселерометры, которые обнаруживают, когда они падают, и выключают их, чтобы не допустить возникновения пожара?
Удивительно, а? Разве ракетостроение не полезно!

Что такое ускорение?

Прежде чем вы сможете понять акселерометры, вам действительно нужно понять
ускорение — так что давайте подведем итоги.Если у вас есть машина,
разгоняется с места до скорости (или, строго говоря,
скорость) 100 км / ч за 5 секунд, ускорение — это изменение
скорость или скорость, разделенная на время, то есть 100/5 или 20 км / ч за
второй. Другими словами, каждую секунду, когда машина едет, она добавляет
еще 20 км / ч до его скорости. Если вы сидите в этой машине, вы
мог измерить ускорение с помощью секундомера и автомобильного
спидометр. Просто снимите показания спидометра через 5 секунд, разделите
чтение на 5, и вы получите ускорение.

Но что, если вы хотите узнать момент ускорения, не дожидаясь
определенное время до истечения? Если вы знаете о законах движения, вы
знайте, что гениальный английский ученый Исаак Ньютон определил
Ускорение по-другому, связав его с массой и силой. Если
у вас есть определенная сила (скажем, сила в ноге, когда вы ее пинаете)
наружу), и вы примените его к массе (футбольному мячу), вы
заставить массу разогнаться — мяч взлетит в воздух.

Фото: Ускорение происходит, когда вы прикладываете силу к объекту — например, пинаете футбольный мяч.Ускорение — это мера того, насколько скорость мяча изменяется за определенное время. Менее очевидно, что это также мера того, сколько силы вы прикладываете к каждому килограмму массы, содержащемуся в объекте. Фото Гэри Николса любезно предоставлено
ВМС США.

Второй закон движения Ньютона связывает силу, массу и ускорение с помощью этого очень простого уравнения:

Сила = масса x ускорение

или …

F = m a

или …

а = Ф / м

Другими словами, ускорение — это сила, необходимая для перемещения каждого
единица массы.Глядя на это уравнение, вы можете понять, почему футбольные мячи работают
как они это делают: чем сильнее вы пинаете (чем больше сила), или чем легче мяч (тем меньше масса), тем
большее ускорение вы создадите, и тем быстрее мяч полетит по небу.

Вы также можете видеть, что теперь у нас есть второй способ вычисления
ускорение, которое не связано с расстоянием, скоростью или временем. Если мы можем
измерить силу, действующую на что-то, а также его массу, мы
можно вычислить его ускорение, просто разделив силу на
масса.Совершенно не нужно измерять скорость или время!

Как работают акселерометры?

Это уравнение — теория, лежащая в основе акселерометров: они измеряют
ускорение не путем расчета изменения скорости с течением времени, а путем
измерительная сила. Как они это делают?
Вообще говоря, ощущая, насколько масса давит на что-то, когда
на него действует сила.

Это то, с чем мы все хорошо знакомы, когда едем в машине. Представьте, что вы сидите в
заднее сиденье автомобиля, радостно занимающегося своими делами, а водитель ускоряется
внезапно проехать тихоходный грузовик.Вы чувствуете, что отбиваете назад
в сиденье. Почему? Потому что ускорение автомобиля заставляет его двигаться
вперед внезапно. Вы можете подумать, что двигаетесь назад, когда машина
ускоряется вперед, но это иллюзия: на самом деле то, что вы испытываете, является
машина пытается тронуться с места без вас, а ваше сиденье догоняет вас сзади!

Законы движения говорят нам, что ваше тело пытается
продолжайте двигаться с постоянной скоростью, но сиденье постоянно
давит на вас с силой и заставляет вместо этого ускоряться.В
чем больше автомобиль ускоряется, тем больше силы вы чувствуете, сидя на сиденье, и
вы действительно можете это почувствовать! Ваш мозг и тело работают вместе, чтобы
достаточно эффективный акселерометр: тем сильнее ваше тело
опыта, тем большее ускорение регистрирует ваш мозг от
разница между движениями вашего тела и движения автомобиля. (И это
собирает полезные подсказки из других ощущений, включая скорость
какие движущиеся объекты проходят мимо окна, изменение звука
двигатель автомобиля, шум проносящегося мимо воздуха и так далее.) Момент, автор:
момент, вы чувствуете изменения в ускорении от изменений ощущений
на вашем теле, а не путем подсчета того, как далеко вы прошли и как
это заняло много времени.

Акселерометры работают примерно так же.

Типы акселерометров

Существует много разных типов акселерометров. Механические немного похожи на
уменьшенные версии пассажиров, сидящих в автомобилях, переключающихся назад и
вперед, когда на них действуют силы. У них есть что-то вроде массы, прикрепленной к пружине
подвешен внутри внешнего кожуха.Когда они ускоряются, кожух
сразу уходит, но масса отстает и пружина
растягивается с силой, соответствующей ускорению. В
расстояние, на которое растягивается пружина (которое пропорционально
растягивающее усилие) можно использовать для измерения силы и
ускорение различными способами. Сейсмометры (раньше
измерения землетрясений) работают примерно так же, используя ручки на тяжелых
массы, прикрепленные к пружинам для регистрации силы землетрясения. Когда
землетрясение сотрясает шкаф сейсмометра, но ручка
(прикрепленный к массе) перемещается дольше, поэтому оставляет резкий след
на бумажной диаграмме.

Изображение: Основная концепция механического акселерометра: когда серый блок акселерометра перемещается из стороны в сторону, масса (красная капля) ненадолго остается позади. Но пружина, соединяющая его с коробкой (красный зигзаг), вскоре возвращает его в исходное положение, и при движении он рисует след (синяя линия) на бумаге.

Альтернативные конструкции акселерометров измеряют силу не путем рисования пером на бумаге, а
генерируя электрические или магнитные
сигналы. В пьезорезистивных акселерометрах масса прикреплена к потенциометру (переменному резистору), немного похожему на регулятор громкости, который вращает
электрический ток вверх или вниз в зависимости от величины силы
действуя по нему.Конденсаторы также могут использоваться в акселерометрах для измерения силы аналогичным образом: если движущийся
Масса изменяет расстояние между двумя металлическими пластинами, измерение изменения их емкости дает измерение действующей силы.

Иллюстрация: Общая концепция емкостного акселерометра: когда серый блок акселерометра перемещается вправо, красная масса остается позади и сближает синие металлические пластины, изменяя их емкость измеримым образом.

В некоторых акселерометрах пьезоэлектрические кристаллы, такие как кварц, делают умную работу.У вас есть кристалл, прикрепленный к массе, поэтому, когда акселерометр движется, масса сжимает кристалл и генерирует крошечное электрическое напряжение.